当汽轮发电机处于出线端两相对中点短路稳态,在转子以同步速旋转和X;=X丨的情况下,定子相电流为时间基频正弦函数。
应用对称分量法,得定子电流的正序(P)、负序(N)和零序()分量如下:如将定子电流视为集中分布于定子铁心内圆上并沿电机轴向(Z向)流动的单向电流片,则片上各序电流的三相合成线密度可沿圆周坐标展为傅氏级数,其中正序电流合成电密的空间基波分量Zap(简称P波)、负序电流合成电密的空间基波分量及ZaN(简称N波)和零序电流合成电密的空间3次谐波正向波分量(简称/波)及反向波分量及Zaft(简称6波)的一般表达式为表空间谐波阶次数:v=1代表空间基波(P、N),v=3代表空间3次谐波(/、b);Kan和jan代表相护龙3+a2龙'量及的幅值和初相位角:户波是顺转子转向以同步速旋转的正向行波,在转子中不产生感应电流。和6波为逆转向旋转的反向行波,/波为顺转向并以1/3同步速度旋转的正向行波,均在实心转子中产生感应电流。
负序电流波在实心转子中可能产生很强的电流,引起转子局部过热,严重时可导致电机损伤。从安全上考虑,对负序电流的大小须加限制,作为电机重要技术指标之一的负序能力/2即为此而设。至于零序电流,传统电机理论认为,由于电机气隙甚大,零序电流的空间3次(以及3的倍数次)谐波磁场甚弱,其在转子回路产生的电流非常微小,可略而不计。此说值得商榷。笔者通过瞬变过程的网络分析发现,在汽轮发电机发生两相或单相对中点短路时,零序电流空间3次谐波磁通可在转子铁心产生显著的电流。本文应用电磁场分析法对两相对中点短路稳态在汽轮发电机实心转子中由定子负序与零序电流所产生的电流进行对比分析,获得与网络分析同样的结果。
2两相对中点短路稳态时的转子铁心电流与气隙磁场2.1计算模型与基本方程的解作为本命题的基础性研究,本文采用通用的简化模型进行分析,其基本假设为:假设电机无限长,定转子电流仅有轴向(z向)分量,借以将电机电磁场简化为二维平行平面场。
假定定子铁心为超导磁体,其导磁率"¥、导电率a0;转子铁心的"const、aconst.整个电机为磁线性介质,适用叠加原理。
假设定转子铁心光滑无齿槽,转子励磁绕组开路(所得结果对轴是精确的)。定子电流为集中分布于定子铁心内圆圆柱面上的单向(z向)电流片,其所含负序电流的线密度空间基波0V波)和零序电流的线密度正反向空间3次谐波/波与6波)为激励源。
为进一步简化分析,忽略定转子铁心的曲率而将其表面展平,可在直角坐标系分析,这样得到场分析用的物理模型如所示。图中①、②和③分域①不必考虑,仅须分析域②和域③。